中國天山雪崩災害調查分析

楊金明，張 旭，毛煒嶧，何 清

（1.新疆大學 資源與環境科學學院，新疆烏魯木齊 830046；2.新疆維吾爾自治區氣候中心，新疆烏魯木齊 830046；3.中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆烏魯木齊 830046）

引言

大量的雪沿溝槽或斜坡的快速崩落被稱作雪崩是危害高寒山區公共安全的極具破壞力的自然災害［1-10］，嚴重影響著區域交通運輸、工礦建設、旅游業發展和農林牧生產，同時也威脅著人類生命財產和生態屏障安全［11-13］。雪崩運動速度快，破壞力強，鮮有生物能幸免于超高速（150 km/h）滾落的雪崩碎片，世界范圍內每年約有500人因此喪生。瞬間移動的雪崩碎片還會將空氣推向前方，形成雪崩風，對重大工程布線和建筑物等造成嚴重的結構性損壞［14］。災難性的雪崩還有可能在瞬間抹去多年的發展成果。其次，強勁雪崩風的吹蝕和搬運作用還會改變高山地貌。另外，雪崩是山地環境中主要的動態演化過程之一［15］，對構建山地景觀也起著決定性作用。最重要的是從國家安全考慮，雪崩會阻礙軍隊的戰略行動。然而，只有發生在與人類活動區域重疊的雪崩才會被暫時關注［16］。雪崩是極具災難性的山地自然災害，但其孕災環境的脆弱性［17］及其對山地生態系統的環境意義還未被詳細的了解和掌握。同時，公眾還缺乏對雪地安全威脅的防范意識和應對積極性［16］。面對惡劣的雪崩災害，迫切需要更詳實和準確的調查資料支撐決策者分析研判以服務雪崩災害應急響應。

新疆維吾爾自治區（以下簡稱“新疆”），青海省和西藏自治區積雪量大、穩定期長是中國雪崩災害的易發區和頻發區。其中，尤以新疆天山的雪崩災情最為嚴重［18］，常阻斷交通，毀壞防災減災工程，威脅人民生命和財產安全，造成了巨大的社會壓力［19］。近年來，隨著山地開發和交通繁榮受難于雪崩的范圍和行業還在逐步擴大［20］。當地通過工程措施，人工爆破和除雪作業以及道路封閉管控等措施應對雪崩災害。但隨著冬季運動引起第三產業在高寒山區興起，能源和通訊線路向山區延伸以及山區運輸走廊的興建，加劇了雪崩在經濟發展、文化傳播和生態文明建設等方面對人類的威脅，導致當前薄弱的防災減災救災能力無法滿足社會經濟發展對雪崩災害防治能力的更高要求。與此同時，有研究表明至少在將來的35年內人類都要與更加嚴峻的雪崩災害共存［21-25］。另外，在中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景規劃綱要中提出要統籌發展和安全，提高防災減災和救災的能力。因此，雪崩災害調查研究工作比以往任何時候都更加被視為是保障天山山區人民生命和經濟安全以及緩解雪崩災害的關鍵。

日益加劇的雪崩災情和決策者掌握的不對等信息是防災減災工作的主要矛盾，為進一步明確氣候變化背景下天山區域的孕災環境和本底數據，利用現場踏勘和訪問方法在中國天山開展了雪崩災害調查分析工作。進一步明確了區域孕災環境、基本災情、致災因子、風險分布、致災情況和防治水平，在雪崩防治管理，山地開發和山地生態環境保護等方面具有重要的決策意義和指導價值。

1 研究區概況

天山是山帶雪崩作用的典型區，因此被選為雪崩災害調查的目標區。調查區降雪充沛，占全年降水量的30%，平均穩定積雪日151 d。干寒的冬半年，降雪大多發生在海拔3 000 m以下，平均積雪深度80 cm。在雪深超過70 cm的孕災體中常伴隨著大型雪崩。同時，區域內盛行東北風，風力作用常通過搬運和破壞雪層穩定性的方式觸發雪崩。天山山區屬中高海拔的山地地貌，主要的地貌單元是沿緯向構造山脈發育的山間盆地和谷地，易誘發坡面型和溝槽型雪崩。此外，調查區內山體切割強烈，山體起伏度高，超過半數的區域是雪崩地形，因而是雪崩頻發區。大部分雪崩釋放于高程2 000～3 500 m處。再加上天山還位于強度和頻度都較高的興都庫什-貝加爾地震帶上，常發生M≧4的淺源地震，是雪崩易發區。充沛的積雪量，特殊的氣象條件，復雜的地形地貌以及活躍的地殼運動等的協同作用導致此地雪崩頻發易發，嚴重影響著當地社會經濟發展和生產生活。

2 調查內容

2.1 孕災環境

天山山區孕災環境復雜，致災因素眾多。多數雪崩的致災因子為地形，雪情和氣象條件等類型。同時，受雪情和氣象要素動態變化的影響，不同時期誘發雪崩的主導致災因子頗具差異。地表覆被對雪崩活動的影響則具有兩面性，視具體的覆被類型而定。

2.1.1 地形地貌

研究區地形包括山地、平原、盆地和谷地等。經調查，雪崩多發于山地地形的溝槽，30°～45°的山坡以及沿峽灣發育的陡峭地形。因而，地形是影響雪崩位置和規模的關鍵孕災因子。

2.1.2 雪情

調查發現，天山雪崩地形眾多但降雪不均，而災情多現于降雪充沛的伊犁哈薩克自治州的新源縣、鞏留縣和尼勒克縣等地。因此，雪情是另一重要孕災因素且很大程度上決定著雪崩是否觸發及其破壞力。再加上天山的自然降雪是典型的大陸干寒型積雪，雪層中深霜發育猛烈，導致天山山區雪崩易發和頻發。

2.1.3 氣象條件

經測量，2021年1月25日至2月2日研究區部分樣點13至17時的氣溫已高于0℃，最高正溫為尼勒克縣烏拉斯臺大橋區域16時34分的1.6℃。3月16日至23日，樣點的午間氣溫已普遍超過正溫，甚至高達10℃。研究區氣溫日較差變化劇烈，導致雪層結構愈加脆弱，雪崩活動變得復雜。同時，隨著雪層中含水量的大幅增加，3月18日在那拉提鎮等地觀測到了更具破壞力的濕雪雪崩。另外，調查期間研究區風力猛烈，S315路段內的溝槽型雪崩即為風力搬運積雪而觸發。

2.1.4 地表覆被

實地踏勘發現研究區的土地利用和覆被類型多為林地、耕地、草地、裸地、水體及建設用地。其中，天山山區海拔2 000 m以上區域常有茂密雪玲云杉（Picea schrenkiana），新疆方枝柏（J.pseudosabina）和天山樺（B.tianschanica）等高大喬木分布且林間少有雪崩痕跡。經測量，冠層截留的積雪量約270 mm。雪崩物質基礎薄弱和釋放空間有限是林地雪崩風險較低的緣故。因而，高大林地具有減緩甚至抑制雪崩活動的作用。水體、耕地、建設用地和裸地由于地形和雪情條件不足而不具備觸發雪崩的可能。

2.2 基本災情

1月28日19時01分于尼勒克縣境內S315省道（圖1A點處）發現一處溝槽型雪崩（圖2（a））。雪崩于陡峭山體間的溝槽處釋放，沖破攔網后在道路上跳動，最終制動在道路護欄外喀什河平坦的河谷地帶中。雪崩碎片表面粗糙，粒徑較粗（圖2（b））。

圖1 雪崩調查樣點分布圖Fig.1 Distribution of sample points for avalanche survey

圖2 溝槽型雪崩Fig.2 Grooved avalanche

經現場測量，始發區至跳動區全長30 m。掩埋道路15 m，堆積高度約1.5 m。現場可見崩落后重塑的雪層中摻雜著土壤、草甸以及雪玲云杉的枝干（圖3）。雪崩釋放區的地表覆被為裸露基巖及低矮草甸。按照歐洲雪崩報警服務［26］（European Avalanche Warning Services，EAWS）的雪崩規模劃分標準屬中型雪崩。

圖3 雪崩剝蝕地表覆被Fig.3 Avalanches eroded the ground cover

1月29日15時12分于G218線的伊若線路段處（圖1B點位置）發現一處中型規模的坡面雪崩。此雪崩由相近的兩個獨立斷面開始釋放，短暫的跳動后融為一體，繼續跳動后分別堆積于坡體平坦處。雪崩釋放區地表覆被為低矮草甸（圖4（b））。堆積區形態呈特殊的舌形粗糙表面（圖4（a）紅色虛線標識處）。經現場測量，承災體傾角33°，雪崩拋程41 m，釋放區至堆積區的垂直高度為20 m。雪崩流體在山坡傾角小于20°的位置開始制動，堆積深度超過1.8 m（圖4（c））。雪崩堆積區密度較始發區高且在風力侵蝕和變質作用的影響下形成了堅實的硬殼。

圖4 坡面型雪崩Fig.4 Slope avalanche

由于天山地形復雜，再加上冬季道路封閉，頻繁的除雪作業（過去發生過雪崩但已被清掃）以及雪崩的阻礙等原因，人工調查雪崩具有很強的局限性。因此，此次雪崩調查僅觀測雪崩2處。

3月18日14時，在無人機攝影的輔助下于G218線的那拉提鎮路段發現雪崩11處（圖5）。其中81.82%為坡面型雪崩，溝槽型雪崩僅兩處（圖5（a）的F和圖5（b）的K），但規模較大。小型雪崩3處（圖5（b）的G，H和I），其余為中型雪崩。雪崩拋程極值分別為11.25 m和223.33 m。雪崩與完全暴露的建筑物間的最短距離為7.50 m。

圖5 無人機攝影影像的目視解譯雪崩圖Fig.5 Avalanche map obtained by visual interpretation method based on drone photography image

總體而言，中國天山的雪崩災情現狀較為嚴峻。從雪崩類型的角度，溝槽型雪崩由狹窄處釋放，因而運動速度和沖擊力較大，對孕災體、承災體和防護工程的侵蝕較為嚴重。濕雪崩由于雪層中含水量較高，導致崩出距離大，從而對環境和基礎設施更具威脅。其次，還易在崩落過程中裹挾土壤，造成土壤流失［27］。相較而言，坡面型和板塊型雪崩的釋放空間充足，對山地環境的負反饋作用緩慢。但它們分布密集且數量眾多，反復的沖擊終將會累積其對環境和社會發展的危害。從雪崩大小方面分析，研究區大型雪崩的拋程甚至長達692.42 m，意味著更寬泛的受災范圍。從數量上看，參考SuperView-1影像的目視解譯結果（空間分辨率50 cm），以中國科學院天山積雪雪崩站（以下簡稱雪崩站）為中心，以西10 km，以東6 km的G218發生雪崩124處（圖6）。獨庫公路阿庫線方向50 km的路段內，發生雪崩2 102處（圖7）。如此規模的雪崩給防治和應急響應工作帶來了巨大挑戰。此外，從雪崩的空間分布層面考量，中國天山的雪崩分布較為密集，會將眾多小型雪崩合力為大型甚至特大型雪崩，易對環境和景觀格局造成不可逆的影響。

圖6 G218沿線雪崩清單Fig.6 Inventory of avalanches along National Highway 218

圖7 G217沿線雪崩清單Fig.7 Inventory of avalanches along National Highway 217

其次，按照歐洲雪崩風險劃分標準［28］區域內雪崩風險兼具低風險、中風險、中高風險和高風險，雪崩情勢較為復雜。據調查（圖8）雀爾溝、獨庫公路未封閉路段、察布查爾縣、新源縣、巴音布魯克和恰布其海等地的山體陰坡、強風作用的位置以及開闊的草地由于雪深較淺（＜5 cm）是低風險區。G218線鞏乃斯鎮線路內由于大面積雪嶺云杉的保護大部分區域屬低風險。而位于伊犁河谷的鞏乃斯鎮，尼勒克縣，班禪溝以及恰西公園等地積雪深度普遍大于40 cm，是風險稍高的地區。在此基礎上隨著積雪的持續積累以及氣溫的波動，風險將向更高一級演變。雪崩站北部無高大植被分布的山坡由于常年發生中型雪崩，對道路通行和人類生命安全的威脅較大，屬中高風險的區域。G217路段內的雪崩最為大型和密集因而風險最高，是新疆天山雪崩的重災區。綜合上述，從雪崩的類型、大小、數量、空間分布和風險考量，中國天山的雪崩災情現狀較為嚴峻。

圖8 調查區積雪深度圖Fig.8 Snow depth map of the surveyed area

2.3 雪崩災害防治能力現狀

雪崩災害風險管理是一項倡導預防為主和科學應對的綜合性工作，目前天山區域的雪崩防治以工程措施（圖9（a）-（d））和除雪作業（圖9（e）-（f））為主。整體而言防治水平較低，存在以下問題。

圖9 雪崩防治措施Fig.9 Measures to prevent and control avalanches

（1）孕災環境和本底數據不清。通過調查，對中國天山雪崩的孕災環境和主導誘因有了初步認識。通過遙感資料也獲取了可靠的雪崩清單。但在中國天山受雪崩困擾的區域眾多，受限于當前的調查和檢測力度，絕大部分區域依舊是空白區和無資料區。因此，在現有的努力下仍存在孕災環境和本底數據不清的問題。

（2）重被動救災輕防患未然。對天山山區雪崩的風險評估和預報預警等方面的研究還是空白。因此，還無法做到有效預防雪崩。被動的災后人工除雪作業是最常見的應對措施。更嚴峻的是，部分辦公場所和居住地長期完全暴露于雪崩高風險區域內卻依舊不設防。

（3）雪崩對山地環境的侵蝕和破壞還未引起重視。雪崩的危害涉及諸多領域，目前的防治角度多出發于減少經濟損失方面。雪崩對生態環境的破壞還未受到關注。

（4）缺乏全過程的雪崩災害管理和應急響應機制。目前，在天山區域內還未形成融合雪崩風險評估、災害預警、災害應急響應、災情會商、專家咨詢、信息共享和社會動員為一體的雪崩災害應對機制。

（5）缺乏雪崩災害教育工作。由于缺乏相應的宣傳和教育工作，公眾普遍低估了雪崩災害的危險程度，對雪崩的地形特點以及氣象和雪情等因素對誘發雪崩的作用不了解且不具防范雪崩災害和自救的能力，導致人類活動易暴露于危險中。

3 討論

3.1 雪崩成因分析

發生于A處的溝槽型雪崩是地形、雪情、降水、風力和氣溫因素共同作用的結果。首先，A處的山體較為陡峭，無法穩定積雪，不屬于雪崩地形。但山體間發育的溝槽地形卻具備孕災的可能性。其次，初雪日（2020年10月12日）至次年1月28日的12次小雪和2次中雪天氣過程積累的降雪被強風搬運至溝槽中，迅速加劇了此溝槽地形的雪崩潛在性。同時，風的不斷吹蝕作用打破了雪層中的穩定性并逐漸使其脆弱。再加上1月12日氣溫驟然由-14℃升高至5℃，加速了雪層中的溫度梯度變質作用，最終導致雪層的穩定性被徹底瓦解從而觸發了此次雪崩。綜上，此溝槽型雪崩是多類型要素綜合作用的結果。其中，地形和雪情因素對雪崩活動的影響過程較為緩慢。風力和氣溫是加速雪崩釋放的主要驅動因子。

發生于B處的坡面型雪崩與地形、雪情和氣溫因素相關。此處雪崩承災體的坡度為33°，位于極易發生雪崩的范圍（30°～45°）內，是誘發雪崩的關鍵因素。從現場堆積深度分析，超過孕災體承載能力的積雪量是造成此次雪崩另一主要原因。此外，通過分析始發區斷裂帶的雪層孔隙、積雪粒徑和形態，發現雪層中發生過積雪的消融和凍結。據此推斷氣溫是誘發此次雪崩的另一重要因素。其次，近3個月內風力以1級為主。因此，可忽略風蝕作用對雪崩活動的影響。

結合對影像解譯，氣象數據和實地調查資料的分析結果，圖5中雪崩的成因構成更為復雜，除了必要的地形支持，積雪量和氣溫波動對雪崩活動的影響則更為主導。例如，在兩次調查的間隔，無人機拍攝覆蓋的范圍內發生了11次小雪和1次中雪天氣過程，導致在同一雪崩路徑中發生了兩次雪崩。同時，濕雪雪崩的出現表明氣溫在雪崩誘發的機制中占據了主導。2月2日-3月18日，目標區域正午氣溫普遍在0℃以上甚至高達10℃，導致雪層中變質作用猛烈是誘發濕雪雪崩的主要原因。

3.2 雪崩發展趨勢

雪崩災害調查止于3月23日。此后，進入4月隨著氣溫大幅回暖，積雪迅速消融，雪崩風險將有所降低。再次發生濕雪雪崩的概率較小。再加上除雪作業的推進，雪崩風險將趨向于低風險。盡管仍有雨夾雪或小雪天氣過程，但由于無法有效形成積雪而幾乎不會對這一趨勢產生影響。5月初，全面的清雪作業進入尾聲，新疆天山包括G217封閉路段內的雪崩風險都將趨向于零風險。根據新疆天山積雪深度年內變化規律（圖10），每年的6-9月由于區域內普遍無積雪是不必考慮雪崩風險的時段。10月，積雪深度通常不超過20 cm，一般不會誘發雪崩，即便觸發了也是非常小型的雪崩，破壞力較小。經過多次降雪天氣過程的積累，到了12月，積雪深度很大程度上會超過30 cm，具有了發生雪崩的可能性。這時的雪崩分布較為離散且拋程和沖擊力都較小，致災的可能性較低。次年的1月和2月，隨著積雪深度逐漸達到最大值［29］，雪崩變得頻發和易發。這一時段的雪崩以中型和大型為主，拋程和面積也會大幅增加，分布范圍遍及中山帶和高山帶且較為密集。此時的雪崩風險呈中度且具有致災性。同時，在G217封閉路段內則易發生大型雪崩。3月，由于氣溫持續升高，大部分低海拔區域的積雪已開始快速消融［30］。積雪深度較薄或本是裸地的區域此時已不具雪崩風險。綜上，雪崩災害的年內變化隨著積雪量和氣溫等的變化而呈現出由弱到強，再由強至弱直至無害的循環特征。尤其是每年的1-2月是雪崩災害的高發和嚴重階段。10-12月和3-4月也具雪崩風險但整體上可控。5-9月的雪崩風險極低。

圖10 積雪深度年內變化Fig.10 Variation characteristics of snow depth during the year

雪崩災情的年際變化趨勢則更為復雜。首先，1960-2020年寒季（11月至次年3月），降水量（P）和最大積雪深度（dmax）的變化整體呈增加趨勢（圖11）。按此發展趨勢，未來更充沛的積雪量將迎來更具危害的雪崩災情以及更具挑戰的雪崩防治問題。其次，P和dmax在年際內幾乎同步呈波峰和波谷交替的特征，波動劇烈，無形中會增加編制雪崩應急響應機制和預警工作方案的難度，影響前期對雪崩釋放的干預。上述不利影響均會降低對雪崩災情的控制。總而言之，在長時間尺度上，雪崩災情將會加劇且上年背景資料對預測當年雪崩災情的貢獻有限。

圖11 降水量和最大積雪深度的年際變化Fig.11 Inter?annual variation of snow depth

4 結論

中國天山雪崩的孕災環境涵蓋地形、雪情、氣象條件和地表覆被等類型的要素，主要的致災因子包括坡度、積雪深度、氣溫和風力作用。其中，地形、風力和氣溫是誘發溝槽型雪崩的主導因子。坡面型雪崩的致災因子主要是地形、雪情和氣溫。氣溫是誘發濕雪雪崩的關鍵。

中國天山的雪崩以小型、中型和大型的溝槽型、坡面型和濕雪崩為主，主要分布在那拉提鎮、尼勒克縣、鞏乃斯鎮、果子溝和獨庫公路沿線。調查獲取了較為可靠的雪崩清單數據，共記載雪崩3 342處，最大雪崩拋約700 m。

從雪崩的類型、大小、數量、空間分布和風險考量，中國天山的雪崩災情現狀較為嚴峻，未來發展趨勢也不容樂觀。同時，現有的雪崩防治水平也較為薄弱。

本年度雪崩災害調查分析基本弄清了中國天山雪崩的孕災環境、成因、本底數據、災情現狀、發展趨勢和防治水平，能夠為提高雪崩應急響應提供輔助決策。